CN105911076B - 一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法 - Google Patents

一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用Microct测量骨‑种植体结合率的方法。该方法包括测量材料选择、测量方法和步骤、测量效果核准、测量结果分析等步骤组成。本发明利用最新的Microct技术，探索出了一个新的测量骨‑种植体结合率的方法，同时能够精确的测量和计算出骨‑种植体结合率，为骨‑种植体的研究提供了科学的依据和方法。

Description

一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法
技术领域
本发明涉及一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法。
背景技术
生物力学环境是关系种植治疗成败的关键因素之一，骨-种植体界面应力在骨-种植体的形成和改建中起到重要的作用，超载所引起的种植体边缘骨组织吸引是影响种植体长期成功的最重要的原因之一。为保证在正常功能负荷状态下，种植体与周围骨组织之间必须达到一定量的骨性结合。这是种植成功的标志，也是种植体承受各种负荷力的物质基础。确定满足临床功能需要的骨-种植体界面最低结合率仍是一个临床需要解决的问题。
种植体与骨组织的直接接触描述的是一种组织形态学现象，即骨结合，是指生活的骨组织与载荷种植体表面有序的结构和功能连接，它是种植体成功的标志。
根据临床和实验观察，种植体与骨组织只能达到部分的骨性结合，界面结合类型往往是混合性的，达不到100％的完全骨性结合。骨-种植体接触率＝(骨与种植体表面直接接触的长度/图像中种植体切面周长)×100％。
当今社会，随着计算机技术的迅猛发展和Microct技术的不断完善，使得模拟种植体与骨组织界面间不同的结合率成为可能。该发明利用最新的Microct技术，探索出了一个新的测量骨-种植体结合率的方法，使得有关骨-种植体结合率的研究更加科学和精确。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法。本发明能够精确的测量和计算出骨-种植体结合率，为骨-种植体的研究提供了科学的依据和方法。
为实现上述方案，本发明如下的技术方案：
一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法，包括以下步骤：
(一)测量材料选择：
医用实验专用的人体脊椎标本1个，4％多聚甲醛溶液，75％酒精溶液，PBS溶液，直径为6.5mm，长5cm的医用螺丝钉2个，工具箱，瑞士SCANCO公司生产的MicroCT,型号:uCT-100，以及VMS系统；
(二)测量方法和步骤：
1.标本处理：首先，将人体脊椎标本放入盛有一定量4％多聚甲醛溶液中浸泡24-48小时后取出，用PBS冲洗三次，然后将标本放入75％的酒精溶液中保存备用；
2.植入螺丝钉：首先，取出已经备好的脊椎标本，用试纸将其表面的溶液吸干，将脊椎标本固定好；然后，利用工具将2个螺丝钉分别沿着脊椎的左右两侧的椎弓根前端小心翼翼植入椎体内部,得到骨-种植体的标本备用；
3.MicroCT扫描：将植入螺丝钉的标本放入扫描管中，采用瑞士SCANCO公司生产的MicroCT、型号：uCT-100，进行整体扫描，设置扫描参数如下：千伏峰值90kvp，电流200uA，分辨率49.2um，曝光时间300ms；
4.三维重建：运用uCT-100自带的VMS系统、Xming和PuTTY_V0.63软件对扫描得到的二维图像数据进行初步分析，然后，分别对种植体(螺丝钉)和椎体骨质设置不同的阈值，从而通过VMS系统程序实现骨-种植体的3D重建；
5.二维图像分析：扫描得到了1270层脊椎冠状面二维图，从二维图中取第600到第945层，1.7cm厚度的左右两个骨-种植体，作为互为对照的2个测量样本，然后分别以植入体为中心每一层画一个直径为7.60mm的圆作为分析测量的VOI(感兴趣区域)，接下来选择相应的Evaluation Script(脚本程序)，并且对感兴趣区域进行阈值Threshold设置，分别为：1)：(240,1000)，2)：(55-240)，另外设置：Dislation Dist.1＝1,Dislation Dist.2＝4,最后开始计算Start Evalation；
(三)测量效果核准：
待测量的脚本程序完成后，系统会生成一个COOO1806_VOI_BIC.GOBJ；3二维图像文件，然后打开查看(，在植入体外围有2个闭合的不规则图形区域，里层的图形区域内代表的是金属植入体的区域D1，外层的图形跟里层图形中间的夹层区域代表的是跟植入体结合的松质骨的区域D2，经观察，若D1无限贴近植入体，D2无限贴近周围的松质骨，则表明前面设置的阈值等参数是准确有效的，即可进行下一步分析；反之，则需要重新返回到上一个步骤中，重新设定阈值等相关参数，待D1，D2准确无误后再进行下一步；
(四)测量结果分析：
1.测量效果核准无误后，系统会自动生成一个清晰完整的感兴趣区域内的3D图像，该图能够以3种不同的颜色从里到外分别表现出植入体、与植入体接触的松质骨以及感兴趣区域内的松质骨，而且，该3D图中的植入体为空心的，我们可以通过旋转该图的角度很直观的看出跟植入体结合(接触)的松质骨的区域；
2.对于每一个标本，系统会自动生成一份统计骨-种植体结合率数据的.TXT文件，然后分别将其内容整理后粘贴到Excel表格，并制作成X-Y散点图，X轴代表的是Slicenumber(层数)，Y轴代表的OV/TV(骨-种植体结合率BIC)得到最终的结果；通过X-Y散点图，可以很直观的看到所选标本样品的每层的骨-种植体结合率都有所不同，且达不到100％，经统计可得，该脊椎标本样品左侧骨-种植体结合率基本处在[22.27％,74.19％]区间，且平均BIC值为54.68％；右侧骨-种植体结合率基本处在[14.26％,80.36％]区间，平均BIC值为58.41％。
本发明的有益效果：
本发明利用最新的Microct技术，探索出了一个新的测量骨-种植体结合率的方法，同时能够精确的测量和计算出骨-种植体结合率，为骨-种植体的研究提供了科学的依据和方法。
附图说明
图1为标本样品整体3D重建图像；
图2-3为在MicroCT扫描得到的冠状面二维图像上确定的感兴趣区域的图像；
图4-9为计算骨-种植体结合率BIC得到的二维图像；
图10-13为感兴趣区域内骨-种植体的3D图像；
图14-15为是体现骨-种植体结合率的X-Y散点图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)测量材料选择：
医用实验专用的人体脊椎标本1个，4％多聚甲醛溶液，75％酒精溶液，PBS溶液，直径为6.5mm，长5cm的医用螺丝钉2个，工具箱，瑞士SCANCO公司生产的MicroCT,型号:uCT-100，以及VMS系统；
(二)测量方法和步骤：
1.标本处理：首先，将人体脊椎标本放入盛有一定量4％多聚甲醛溶液中浸泡24-48小时后取出，用PBS冲洗三次，然后将标本放入75％的酒精溶液中保存备用；
2.植入螺丝钉：首先，取出已经备好的脊椎标本，用试纸将其表面的溶液吸干，将脊椎标本固定好；然后，利用工具将2个螺丝钉分别沿着脊椎的左右两侧的椎弓根前端小心翼翼植入椎体内部,得到骨-种植体的标本备用；
3.MicroCT扫描：将植入螺丝钉的标本放入扫描管中，采用瑞士SCANCO公司生产的MicroCT、型号：uCT-100，进行整体扫描，设置扫描参数如下：千伏峰值90kvp，电流200uA，分辨率49.2um，曝光时间300ms；
4.三维重建：运用uCT-100自带的VMS系统、Xming和PuTTY_V0.63软件对扫描得到的二维图像数据进行初步分析，然后，分别对种植体(螺丝钉)和椎体骨质设置不同的阈值，从而通过VMS系统程序实现骨-种植体的3D重建；
5.二维图像分析：扫描得到了1270层脊椎冠状面二维图，从二维图中取第600到第945层，1.7cm厚度的左右两个骨-种植体，作为互为对照的2个测量样本，然后分别以植入体为中心每一层画一个直径为7.60mm的圆作为分析测量的VOI(感兴趣区域)(如图2-3)，接下来选择相应的Evaluation Script(脚本程序)，并且对感兴趣区域进行阈值Threshold设置，分别为：1)：(240,1000)，2)：(55-240)，另外设置：Dislation Dist.1＝1,DislationDist.2＝4,最后开始计算Start Evalation；
(三)测量效果核准：
待测量的脚本程序完成后，系统会生成一个COOO1806_VOI_BIC.GOBJ；3二维图像文件，然后打开查看(如图4-9)，在植入体外围有2个闭合的不规则图形区域，里层的图形区域内代表的是金属植入体的区域D1，外层的图形跟里层图形中间的夹层区域代表的是跟植入体结合的松质骨的区域D2，经观察，若D1无限贴近植入体，D2无限贴近周围的松质骨，则表明前面设置的阈值等参数是准确有效的，即可进行下一步分析；反之，则需要重新返回到上一个步骤中，重新设定阈值等相关参数，待D1，D2准确无误后再进行下一步；
(四)测量结果分析：
1.测量效果核准无误后，系统会自动生成一个清晰完整的感兴趣区域内的3D图像(如图10-13)，该图能够以3种不同的颜色从里到外分别表现出植入体、与植入体接触的松质骨以及感兴趣区域内的松质骨，而且，该3D图中的植入体为空心的，我们可以通过旋转该图的角度很直观的看出跟植入体结合(接触)的松质骨的区域；
2.对于每一个标本，系统会自动生成一份统计骨-种植体结合率数据的.TXT文件，然后分别将其内容整理后粘贴到Excel表格，并制作成X-Y散点图，X轴代表的是Slicenumber(层数)，Y轴代表的OV/TV(骨-种植体结合率BIC)得到最终的结果；通过X-Y散点图，可以很直观的看到所选标本样品的每层的骨-种植体结合率都有所不同，且达不到100％，经统计可得，该脊椎标本样品左侧骨-种植体结合率基本处在[22.27％,74.19％]区间，且平均BIC值为54.68％；右侧骨-种植体结合率基本处在[14.26％,80.36％]区间，平均BIC值为58.41％。

Claims (1)

1.一种利用Microct测量骨-种植体结合率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)测量材料选择：
医用实验专用的人体脊椎标本1个，4％多聚甲醛溶液，75％酒精溶液，PBS溶液，直径为6.5mm，长5cm的医用螺丝钉2个，工具箱，瑞士SCANCO公司生产的MicroCT,型号:uCT-100，以及VMS系统；
(二)测量方法和步骤：
1.标本处理：首先，将人体脊椎标本放入盛有一定量4％多聚甲醛溶液中浸泡24-48小时后取出，用PBS冲洗三次，然后将标本放入75％的酒精溶液中保存备用；
2.植入螺丝钉：首先，取出已经备好的脊椎标本，用试纸将其表面的溶液吸干，将脊椎标本固定好；然后，利用工具将2个螺丝钉分别沿着脊椎的左右两侧的椎弓根前端小心翼翼植入椎体内部,得到骨-种植体的标本备用；
3.MicroCT扫描：将植入螺丝钉的标本放入扫描管中，采用瑞士SCANCO公司生产的MicroCT、型号：uCT-100，进行整体扫描，设置扫描参数如下：千伏峰值90kvp，电流200uA，分辨率49.2um，曝光时间300ms；
4.三维重建：运用uCT-100自带的VMS系统、Xming和PuTTY_V0.63软件对扫描得到的二维图像数据进行初步分析，然后，分别对种植体(螺丝钉)和椎体骨质设置不同的阈值，从而通过VMS系统程序实现骨-种植体的3D重建；
5.二维图像分析：扫描得到了1270层脊椎冠状面二维图，从二维图中取第600到第945层，1.7cm厚度的左右两个骨-种植体，作为互为对照的2个测量样本，然后分别以植入体为中心,每一层画一个直径为7.60mm的圆作为分析测量的VOI(感兴趣区域)，接下来选择相应的Evaluation Script(脚本程序)，并且对感兴趣区域进行阈值Threshold设置，分别为：1)：(240,1000)，2)：(55-240)，另外设置：Dislation Dist.1＝1,Dislation Dist.2＝4,最后开始计算StartEvalation；
(三)测量效果核准：
待测量的脚本程序完成后，系统会生成一个COOO1806_VOI_BIC.GOBJ；3二维图像文件，然后打开查看，在植入体外围有2个闭合的不规则图形区域，里层的图形区域内代表的是金属植入体的区域D1，外层的图形跟里层图形中间的夹层区域代表的是跟植入体结合的松质骨的区域D2，经观察，若D1无限贴近植入体，D2无限贴近周围的松质骨，则表明前面设置的阈值等参数是准确有效的，即可进行下一步分析；反之，则需要重新返回到上一个步骤中，重新设定阈值等相关参数，待D1，D2准确无误后再进行下一步；
(四)测量结果分析：
1.测量效果核准无误后，系统会自动生成一个清晰完整的感兴趣区域内的3D图像，该图能够以3种不同的颜色从里到外分别表现出植入体、与植入体接触的松质骨以及感兴趣区域内的松质骨，而且，该3D图中的植入体为空心的，我们可以通过旋转该图的角度很直观的看出跟植入体结合(接触)的松质骨的区域；
2.对于每一个标本，系统会自动生成一份统计骨-种植体结合率数据的.TXT文件，然后分别将其内容整理后粘贴到Excel表格，并制作成X-Y散点图，X轴代表的是Slice number(层数)，Y轴代表的OV/TV(骨-种植体结合率BIC)得到最终的结果；通过X-Y散点图，可以很直观的看到所选标本样品的每层的骨-种植体结合率都有所不同，且达不到100％，经统计可得，该脊椎标本样品左侧骨-种植体结合率基本处在[22.27％,74.19％]区间，且平均BIC值为54.68％；右侧骨-种植体结合率基本处在[14.26％,80.36％]区间，平均BIC值为58.41％。
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